所有大大小小的动物每天都生活在一个不确定的世界里。无论你是人类还是昆虫，你都依赖你的感官来帮助你在你的世界中导航和生存。但是是什么驱动了这种基本的感知？

毫不奇怪，动物在搜索时会移动它们的感觉器官，比如眼睛、耳朵和鼻子。想象一下，一只猫在不移动身体的情况下转动耳朵捕捉重要的声音。但是这些感觉器官在行为过程中所占据的精确位置和方向并不是直观的，而且现有的理论也不能很好地预测这些位置和方向。

现在，美国西北大学的一个研究小组发现了一种新的理论，可以预测动物感觉器官的运动，同时寻找对其生命至关重要的东西。

研究人员将这一理论应用于四种不同的动物身上，它们涉及三种不同的感官（包括视觉和嗅觉），发现这一理论预测了每种动物所观察到的感知行为。该理论可用于提高机器人收集信息的性能，并可能面临一个主要挑战的自主车辆的开发。

领导这项研究的马尔科姆·马基弗说：“动物靠运动谋生。”为了找到食物和配偶，并识别威胁，它们需要移动。我们的理论为动物们提供了深入的见解，让我们了解到动物们是如何在花费多少精力来获取所需的有用信息上下赌注的。”

这个新的理论被称为能量约束比例赌博，它为许多以前被测量过的感觉器官的神秘运动提供了一个统一的解释。从理论上得到的算法生成的模拟感觉器官运动与鱼类、哺乳动物和昆虫的实际感觉器官运动有很好的一致性。

这项研究发表在（9月22日）的《eLife》杂志上。这项研究在动物运动和能量学以及基于信息理论的感知方法之间架起了一座桥梁。

马基弗是通讯作者。陈晨（音译）是麦吉尔实验室的一名博士生，他是第一作者，麦考密克大学机械工程教授托德•D•默菲（Todd.Murphey）是论文的合著者。

该算法表明，动物交易的能量昂贵的行动赌博，在空间的位置将是信息。研究人员表示，他们愿意赌的能量（最终是他们需要吃的食物）与这些地方预期的信息量成正比。

墨菲说：“虽然大多数理论都预测动物在很大程度上已经知道了什么东西在哪里时会如何行动，而我们的理论则预测了当动物知道的很少时——这种情况在生活中很常见，对生存至关重要。”

这项研究以南美裸体电鱼为研究对象，利用了在马基弗实验室进行的实验数据，同时也分析了先前发表的关于美国东部盲鼹鼠、美洲蟑螂和蜂鸟鹰蛾的数据集。这三种感觉分别是电感应（电鱼）、视觉（蛾子）和嗅觉（鼹鼠和蟑螂）。

该理论提供了一个统一的解决方案，解决了在跟踪和相关探索行为过程中，不需要花费太多的时间和精力去移动样本信息，同时获得足够的信息来指导移动。

“当你观察一只猫的耳朵时，你会经常看到它们在空间的不同位置旋转，”MacIver说这是一个动物如何不断地定位自己的感觉器官来帮助它们从环境中吸收信息的例子。事实证明，在耳朵、眼睛和鼻子等感觉器官的运动过程中，有很多事情发生。”

该算法是五年前Murphey和MacIver在他们的仿生机器人工作中开发的一个改进版本。他们观察了动物的搜索策略，并开发了让机器人模仿这些动物策略的算法。由此产生的算法为Murphy和MacIver提供了具体的动物搜索行为预测，从而得到了当前的研究成果。

期刊来源：Chen Chen, Todd D Murphey, Malcolm A MacIver. Tuning movement for sensing in an uncertain world. eLife, 2020; 9 DOI: 10.7554/eLife.52371